第一节无机非金属材料的主角-硅 (2).ppt

第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角硅硅v一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸v 1、二氧化硅二氧化硅 晶体空间结构晶体空间结构 化学性质化学性质 v 2、硅酸硅酸v二、二、硅酸盐硅酸盐v三、三、硅单质硅单质你知道硅谷吗？你知道硅谷吗？高技术产业开发区高技术产业开发区,电子技术研究中心电子技术研究中心,计算机生产的重要基地计算机生产的重要基地,位于加利福尼亚州位于加利福尼亚州圣弗朗西斯科南端圣弗朗西斯科南端.SiSi元素在地壳中的含量排在第几位？元素在地壳中的含量排在第几位？你知道吗？你知道吗？锦绣中华锦绣中华主要成份：主要成份：主要成份：主要成份：SiOSiO2 2Si 无游离态无游离态化合态：硅的氧化物化合态：硅的氧化物和硅酸盐和硅酸盐一、硅单质一、硅单质1、存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。、存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。2、物理性质：物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石，晶体硅的结构类似于金刚石，熔点熔点(1410)和沸点都很高，硬度大。和沸点都很高，硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间。导电性介于导体和绝缘体之间。18世纪才制备出来世纪才制备出来晶体硅晶体硅Si +2Cl2 =SiCl4Si +4HF =SiF4 +2H2 Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3 +2H23、化学、化学性质：性质：常温下硅单质的化学性质不活泼常温下硅单质的化学性质不活泼Si +O2 =SiO24、制法、制法SiO2+2C=Si+2CO高温高温硅单质5.用途用途 晶体硅的导电性介于导体和半导体之间晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是是良好的良好的半导体材料半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅是信息技术的关键材料硅硅太阳能电池太阳能电池电脑的中央处理器（电脑的中央处理器（CPU）二、二氧化硅和硅酸二、二氧化硅和硅酸阅读、思考：阅读、思考：地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的量的_%,存在形态有存在形态有_和和_两大类，统称两大类，统称_。1.二氧化硅二氧化硅(SiO2)12结晶形无定形硅石石英石英水水晶晶玛瑙玛瑙二氧化硅的晶体空间结构二氧化硅的晶体空间结构四面体四面体每每1个个Si原子周围结原子周围结合合4个个O原子，原子，Si在中心在中心,O在在四个顶角四个顶角.同时每同时每1个个O原子周围与原子周围与2个个Si原子相结合。原子相结合。二氧化硅中氧原子与硅原二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为子个数比为2：1,通常用通常用SiO2来表示二氧化硅的组成来表示二氧化硅的组成.二氧化硅的用途二氧化硅的用途光学纤维胃镜光学纤维胃镜用用光导纤维做手术，光导纤维做手术，不用开刀不用开刀二氧化硅的用途二氧化硅的用途制晶体硅制晶体硅石英坩埚石英坩埚光导纤维光导纤维石英手表石英手表光学仪器光学仪器耐磨器皿耐磨器皿SiO2精密仪器轴承精密仪器轴承思考与交流：思考与交流：请同学们思考请同学们思考P76的问题并的问题并和前后左右的同学进行交流。和前后左右的同学进行交流。SiO2具有哪些物理性质？具有哪些物理性质？化学稳定性如何？化学稳定性如何？SiO2的这些性质是由什么决定的？的这些性质是由什么决定的？请将你的认识写在下面横线上，请将你的认识写在下面横线上，物理性质：物理性质：_化学稳定性：化学稳定性：_坚硬难熔的固体，熔沸点比较坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。高，不溶于水，硬度比较大。常温下非常稳常温下非常稳 定，与强酸均不反应。定，与强酸均不反应。二氧化硅的化学性质二氧化硅的化学性质活动与探究活动与探究：二氧化硅化学性质稳定，：二氧化硅化学性质稳定，能否与能否与HCl、H2S04、HN03、HF 发生反应？发生反应？特性特性：vSiO2+4HFSiF4+2H2O快乐体验：快乐体验：试一试怎样能在玻璃上雕刻花试一试怎样能在玻璃上雕刻花 纹纹。（玻璃的主要成分是（玻璃的主要成分是SiO2）1、可以与氢氟酸反应，放出气体氢氟酸反应，放出气体高温高温高温高温2、SiO2+2C =Si+2CO高温高温3.与某些盐反应与某些盐反应SiO2+Na2CO3 =Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2此两个反应用于工业上制玻璃此两个反应用于工业上制玻璃设问：CO2和SiO2作为酸性氧化物能与哪些物质反应？5、与碱反应、与碱反应4、与碱性氧化物反应、与碱性氧化物反应SiO2 CaO CaSiO3高温SiO2 2NaOHNa2SiO3H2O为为什么在什么在实验实验室中盛放室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？答：答：玻璃中的玻璃中的SiO2与与NaOH反应生反应生成有粘胶性的硅酸钠成有粘胶性的硅酸钠想一想想一想2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？酸？答：答：HF能腐蚀玻璃，因此，盛装能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。塑料瓶。3.某同学根据某同学根据SiO2既可与碱反应既可与碱反应,也也能与能与氢氟酸反应氢氟酸反应,推断推断SiO2为两性为两性氧化物氧化物.是否正确是否正确?思考、讨论：思考、讨论：、i原子结构相似，原子结构相似，形成的氧化物形成的氧化物CO2、SiO2性质却性质却有很大的差别，为什么呢？有很大的差别，为什么呢？CSi二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 状状 态态物理性质物理性质化化学学性性质质与水与水与碱与碱与碱与碱性氧性氧化物化物与酸与酸 用用 途途CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反应不反应SiOSiO2 2 2NaOH2NaOH=NaNa2 2SiOSiO3 3 H H2 2OO固固 态态熔沸点低熔沸点低气气 态态熔沸点高、硬度大熔沸点高、硬度大 SiOSiO2 2 4HF=SiF4HF=SiF4 4 2H2H2 2OO 人工降雨，灭火等人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤等装饰、石英坩埚、光纤等二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较二氧化碳和二氧化硅的物理化学性质及用途比较SiOSiO2 2CaOCaO=CaSiO=CaSiO3 3高温探究实验探究实验4-13-5 mL硅酸钠溶液1-2滴酚酞稀盐酸先后2、硅酸、硅酸现象现象结论结论化学方程化学方程式式离子方程离子方程式式SiO32-+2H+=H2SiO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl +H2SiO3a、Na2SiO3溶液呈碱性；溶液呈碱性；b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸；硅酸；c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶；、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶；d、静置则形成硅酸沉淀；、静置则形成硅酸沉淀；e、硅酸的酸性很弱。、硅酸的酸性很弱。滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生探究实验探究实验23-5 mL硅酸钠溶液CO2现象现象结论结论化学方化学方程式程式通入通入CO2后溶液由红色变浅至无色，同时有白后溶液由红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生色胶状沉淀产生可溶性硅酸盐与可溶性硅酸盐与CO2反应生成不溶于水的硅酸反应生成不溶于水的硅酸Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3制取原理：强酸制弱酸制取原理：强酸制弱酸酸与盐的复酸与盐的复分解反应规律之一分解反应规律之一较强酸较强酸+较弱酸盐较弱酸盐 较弱酸较弱酸+较强酸盐较强酸盐小测验：小测验：你知道你知道CO2通入到通入到CaCl2溶液中有现象吗？溶液中有现象吗？性质：性质：不不溶于水、不稳定、极弱酸溶于水、不稳定、极弱酸(酸性比碳酸还弱）酸性比碳酸还弱）制法：制法：SiO32-+2H+=H2SiO3SiO32-+H2O+CO2=H2SiO3+CO32-H2SiO3=SiO2+H2OH2SiO3+NaOH=Na2SiO3+H2O小结 生成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干成的硅酸逐渐聚合而形成硅酸溶胶，经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶硅胶”。常常。常常用用做干燥剂。做干燥剂。用途三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水 1、硅酸钠硅酸钠（Na2SiO3）溶于水，其水溶液溶于水，其水溶液 俗称为水玻璃，可制备硅胶、木俗称为水玻璃，可制备硅胶、木材防火剂等材防火剂等2、硅酸盐组成表示、硅酸盐组成表示硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3)镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）钙沸石钙沸石 Ca(Al2Si3O10)3H2O活泼金属氧化物活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2ONa2O SiO22MgO SiO2CaO Al2O3 3SiO23H2O无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃阅读教材阅读教材78硅硅酸酸盐盐产产品品3、硅酸盐产品、硅酸盐产品-陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥v1陶瓷：原料陶瓷：原料黏土黏土v2玻璃：原料玻璃：原料纯碱、石灰石和石英；纯碱、石灰石和石英；v3水泥：原料水泥：原料黏土和石灰石；适量石黏土和石灰石；适量石膏；膏；硅酸盐产品简介：硅酸盐产品简介：产品产品主要原料主要原料 主要设备主要设备反应反应条件条件主要反应或主要成分主要反应或主要成分主要主要性质性质水泥水泥粘土、石灰粘土、石灰石、石膏石、石膏(适适量量)水泥回转窑水泥回转窑高温高温硅酸三钙：硅酸三钙：3CaOSiO2硅酸二钙：硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：铝酸三钙：3CaOAl2O3水硬性水硬性玻璃玻璃纯纯碱、碱、石灰石、石灰石、石石英英玻璃窑玻璃窑高温高温Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2成分：成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2碳化硅碳化硅(金刚砂金刚砂,SiC)：硬度大：硬度大硅钢：高导磁性硅钢：高导磁性硅橡胶：良好的弹性硅橡胶：良好的弹性分子筛：吸附剂、催化剂分子筛：吸附剂、催化剂新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等结结构构陶陶瓷瓷用用高高温温结结构构陶陶瓷瓷做做的的发发动动机机叶叶片片生生物物陶陶瓷瓷